港湾機械の分野では、海上クレーン貨物の積み下ろし作業に従事する船舶の中核設備として重要な役割を果たします。船舶用クレーンまたはデリックとも呼ばれ、主に様々な種類の貨物を扱うために船舶に設置され、船舶の生産作業において最も重要な甲板機械とみなされています。これらのクレーンは、コンパクトな構造、魅力的な外観、安全性、信頼性、エネルギー効率、環境への配慮、そして優れた操縦性を特徴としています。ブームには、以下のような様々な形状があります。ストレートブーム, 伸縮ブーム、 そして折りたたみ式ブームまた、動力源の制御方法も、手動、電気、電気油圧など多岐にわたる。
海上クレーンは、船舶間の貨物移送、オフショア供給、水中作業機器の展開・回収など、海洋環境における輸送作業を行うための特殊機器です。しかし、特殊な海洋環境は、海上クレーンの制御に大きな課題をもたらします。一方では、陸上のアンダーアクチュエート式クレーンと同様に、位置決め精度と輸送効率を確保するために、輸送中の荷物の揺れを制御する必要があります。他方では、クレーンは船舶などの移動プラットフォームに固定されているため、プラットフォームの動きが荷物の動きに大きく影響し、多くの場合、荷物の吊り上げ・着地地点の動きはクレーン自体の動きと異なることがよくあります。作業中、クレーン船と受入船の両方が波浪によってピッチング、ローリング、ヒービングを起こし、荷物が揺れます。吊り上げ・降下作業中、船体の動きによって吊り上げた荷物が再び甲板に衝突したり、降ろしたもののフックから外れていない荷物が再び宙に浮いたりする可能性があり、作業の安全性が脅かされる恐れがあります。特に艦船間での弾薬補給作業においては、このような連動した動きはより深刻な結果を招く可能性があります。そのため、船舶用クレーンの制御は、世界中の軍事および民間の海洋工学分野から広く注目を集めており、このような非線形かつ強く連動した不完全駆動システムの特殊な外乱下での制御に関する研究は、理論的に非常に価値が高く、普遍的な意義を持っています。
海上クレーンの制御は主に2つの側面に焦点を当てています。船体の動きの影響を軽減するための垂直制御と、荷物の揺れを抑制するための横揺れ防止です。垂直制御の場合、一般的な方法は、機械構造を介して受入船を接続することです。クレーン船両船の相対的な動きを感知し、吊り上げロープの長さの変化を受入船の上下動と同期させることで、両船間の相対的な動きを補償し、荷物の吊り上げと運搬を完了させる。しかし、この方法はクレーンの機械構造に特別な要件があり、吊り上げ重量に大きな制約を課す。
構成と動作モード
構成要素に関して言えば、デリック装置は、デリック、カーゴブーム（またはカーゴマスト）、索具、ウインチ（またはカーゴウインチ）などから構成される、伝統的な貨物取扱装置です。多数のロープを使用し、操作が煩雑であるにもかかわらず、構造がシンプルで製造が容易、かつ低コストであることから広く使用されています。デリック装置を用いた貨物の積み下ろしには、シングルブーム操作とダブルブーム操作の2つのモードがあります。
シングルブーム方式では、1つのデリックを使用して貨物の積み下ろしを行います。貨物を持ち上げた後、ガイロープを引いて貨物をデリックと共に船外またはハッチまで振り回し、その後貨物を降ろし、デリックを元の位置に戻します。このプロセスを繰り返します。毎回、デリックをガイロープで振り回す必要があるため、効率が低く、労働強度が高くなります。ダブルブーム方式では、2つのデリックを使用します。1つはハッチの上に、もう1つは船外に伸ばして配置します。デリックはガイロープで一定の作業位置に固定され、2つのデリックの吊り上げロープは同じフックに接続されています。2つの吊り上げロープをそれぞれ引き込んだり解放したりすることで、貨物を船からドックに積み下ろしたり、ドックから船に積み込んだりすることができます。ダブルブーム方式の積み下ろし効率はシングルブーム方式よりも高く、労働強度も低くなります。
その後、改良されたデリック装置が登場しました。ダブルトッピングリフト式デリック装置は、シングルブーム式デリック装置を改良したもので、巻き上げロープと左右に分かれた2組のトッピングリフトのみを備えています。このデリックは、1つの巻き上げウインチと2つのトッピングリフトウインチで制御され、操作が容易で、高い積み下ろし効率を実現しています。アベル式デリック装置は、ダブルブーム式デリック装置を改良したもので、巻き上げウインチ、トッピングリフト、および支線ウインチを備えています。ウインチの助けを借りてデリックを任意の位置に素早く配置でき、デリックの作業半径内の固定ポイントで貨物を巻き上げたり降ろしたりすることもできるため、貨物の積み下ろしの完全自動化に向けた重要な一歩となります。
用途と構造特性
海上クレーンばら積み貨物船、コンテナ船、石油タンカー、多目的船などで広く使用されています。貨物クレーンばら積み貨物船やコンテナ船、石油タンカーのホースクレーン、デッキクレーン多目的船に設置されます。陸上クレーンと比べて、船舶クレーンは不安定な船舶に設置されます。作業中は船が傾いたり揺れたりし、作業環境は過酷で、海風や海水による浸食を受けます。また、作業していない時でも、航行中の風、雪、波、揺れ、上下動、衝撃などの外部からの力に耐える必要があります。
構造形式は、ジブ旋回式、走行式、ワイヤーロープ起伏式、シリンダー起伏式、伸縮ブーム式、折りたたみブーム式、Aフレーム式、複合式など多岐にわたり、駆動方式も、電動式、電気油圧式、電気空気圧式、ガソリン（ディーゼル）エンジン駆動式、手動駆動式など様々である。代表的な例としては、ばら積み貨物船の貨物積み下ろしに使用される電気油圧式船舶クレーンが挙げられる。
船舶クレーンの荷重支持構造、例えば基柱、タワー本体、ジブなどは、主に鋼板を溶接して作られた構造部品です。基柱の下部は船体に溶接され、クレーンの重力荷重を支え、上部には旋回ベアリングが備えられています。タワー本体は支持構造であり、下部は旋回ベアリングに接続され、ジブにヒンジで接続されています。上部には滑車ブロックがあり、鋼線ロープが動きます。内部は機械室として使用され、運転室は前方に配置されています。ジブは、重い物体を支えるためのトラス状の構造です。
海上クレーンの作動機構は、巻き上げ機構、起伏機構、旋回機構から構成されます。巻き上げ機構は、減速機を介してモーターがドラムを回転させ、鋼線ロープを巻き上げ・解放することでフックを上下に動かし、吊り上げを実現します。起伏機構は、減速機を介してモーターがドラムを回転させ、鋼線ロープを巻き上げ・解放することで、ジブを下部ヒンジ点を中心に上下に回転させ、角度を変化させ、フックを様々な振幅で起伏させます。旋回機構は、減速機を介してモーターがピニオンを旋回ベアリングの大型ギアに噛み合わせることで、タワー本体とジブを回転させます。これら3つの機構の減速機には、それぞれ動作の正常性を確保するために、常時閉ブレーキが装備されています。これら3つの機構が協調して動作することで、作業範囲内で荷物を吊り上げ、所定の位置に配置することができます。
駆動および制御用の電気系統は、電気制御ボックス内の各種制御部品で構成され、制御システムを形成します。この制御システムは、運転席両側のコンソールにあるボタンやハンドルを介して操作および制御されます。油圧系統は、ポンプ、モーター、バルブ群、配管、およびそれらの付属品で構成され、いくつかの作動機構を制御および駆動します。さらに、船舶用クレーンには、通路や換気装置などの補助装置も装備されています。
分類装置およびその他の積荷・荷降ろし機械
船舶クレーンのデリック装置は、軽荷重用と重荷重用に分類できます。吊り上げ能力が10トン未満のものは軽荷重用、10トンを超えるものは重荷重用です。吊り上げ能力は船舶の用途によって決まります。一般的な乾貨物船の場合、軽荷重用デリックの吊り上げ能力は、シングルブーム操作で3～5トン、ダブルブーム操作で1.5～3トンです。10,000トン級乾貨物船の場合、シングルブーム操作で吊り上げ能力は10トン、ダブルブーム操作で5トンに達することがあります。現代の多目的船はコンテナの積み下ろしを行う必要があるため、デリックの吊り上げ能力は少なくとも20フィートコンテナ（20トン）を吊り上げられる必要があります。重荷重用デリックは、大型機械や機関車などの重くて大きな貨物の積み下ろしに使用されます。一般的に、貨物船には1～2基の大型デリックが設置されており、吊り上げ能力は主に10～60トン、一部は60～150トン、ごく少数では300トンに達するものもあります。一般的な乾貨物船の各貨物倉には2基の小型デリックが装備され、大型乾貨物船の各貨物倉には4基が装備されることがよくあります。
デッキクレーン船の上甲板に設置され、コンパクトな構造のため、船の甲板面積をより有効活用でき、操舵室からの視界への影響も少ない。操作が容易で、荷役効率が高く、柔軟性があり、操作前の準備もほとんど必要ないため、ますます広く利用されている。一般的なタイプとしては、固定式旋回クレーン、移動式旋回クレーン、ガントリークレーンがあり、動力伝達方式は電動式と電気油圧式がある。
固定旋回クレーン最も広く使用されているのは、左右両側で単独またはペアで操作でき、一般的に吊り上げ能力は 3 ～ 5 トンです。多目的船では、単一のクレーンで 20 フィート コンテナを吊り上げる必要があり、ダブル クレーンで 40 フィート コンテナ (30 トン) を吊り上げる必要があるため、吊り上げ能力は 25 ～ 30 トンに達することがあります。移動式旋回クレーンは、貨物の積み下ろしに大きなスパンが必要で、クレーン ブームが長すぎないことが望まれる場合に使用され、船に沿って横方向に移動するタイプと縦方向に移動するタイプの 2 種類があります。ガントリー クレーンは、フル コンテナ船やバージ キャリアで広く使用されており、通常は 4 脚または C タイプです。伸縮可能なブーム、吊り上げビーム、可動ブリッジ、およびキャブを備えています。橋梁の水平主桁は、甲板上に積み重ねられたコンテナよりも高く、自動位置決め装置を備えているため、積載時にコンテナをコンテナグリッドに正確に配置したり、甲板上に積み重ねたりすることができる。バージ運搬船にはコンテナ船よりも多くのガントリークレーンが設置されており、その吊り上げ能力は数百トンに達する。
船舶用クレーンのほか、荷役機械としては主にエレベーター、ホイスト、コンベヤが挙げられます。エレベーターは船上でガイドレールに沿って垂直に移動し、デッキ間で貨物を昇降させるために使用されます。例えば、ロールオン/ロールオフ船では、長さ9～18.5メートル、幅3～5メートルのシザー式やチェーン式など、さまざまなデッキを繋いで貨物を輸送するためにエレベーターがよく使用されます。一部のバージ運搬船でもバージの積み下ろしにエレベーターが使用されますが、その吊り上げ能力はロールオン/ロールオフ船のものよりはるかに大きくなっています。ホイストは垂直方向または大きな傾斜方向に貨物を連続的に搬送し、コンベヤは水平方向または小さな傾斜方向に貨物を連続的に搬送します。これら2種類の機械は、主に自航式荷役船や、サイドドアから積み下ろしを行う船で使用されます。
多様な構造、豊富な機能、そして様々な状況への適応性を備えた船舶用クレーンは、船舶運航において欠かせない主要設備となっています。船舶輸送と海洋工学の発展に伴い、効率性とインテリジェンスの面でさらなる進化を遂げ、効率的な海上輸送と運航に継続的に貢献していくでしょう。
投稿日時：2025年8月8日
